Conception et fabrication d’une composante d’intérieur d’avion à base de composites thermoplastiques à fibres discontinues

Résumé

Les composantes d’intérieur des avions sont souvent faites à partir d’aluminium, car c’est un matériau connu qui est léger. Afin de réduire la consommation de carburant, les avionneurs cherchent à réduire le poids de ces pièces. Puisque ces éléments ne sont généralement pas structuraux, un matériau permettant de réduire le poids à prix raisonnable est le composite thermoplastique à longues fibres discontinues disposées de façon aléatoire (Randomly Oriented Strands (ROS) ou Long Discontinuous Fibres (LDF)). Ce matériau étant relativement nouveau, les connaissances techniques relatives à son utilisation sont encore limitées. L’objectif de ce travail est de déterminer les paramètres de moulage permettant d’obtenir des pièces de bonne qualité avec un composite thermoplastique à fibres discontinues et de fabriquer un démonstrateur de pièce d’intérieur d’avion. Une revue de littérature démontrant les lacunes actuelles dans la littérature concernant les différents objectifs est présentée. Le matériau choisi consiste en des flocons de diverses longueurs de fibres de carbone unidirectionnelles pré-imprégnées d’une matrice de poly-éther-imide. Les paramètres de moulage adéquats sont d’abord déterminés suite à l’inspection macroscopique et microscopique, l’évaluation de la densité et du taux de porosité de pièces simplifiées moulées. Il a été déterminé que le moulage avec des cycles de relâchement de pression allant jusqu’à 10,5 MPa à 350°C pendant 15 minutes avec des flocons est le plus prometteur. Ensuite, les propriétés du matériau sont estimées, puis validées par des tests de traction sur des éprouvettes standardisées composéees de différentes formes, longueurs et alignements de flocons, permettant d’affirmer que des flocons de 12 mm de longueur sont adéquats pour les régions complexes à petits rayons de courbure alors que des flocons de 25 mm sont appropriés dans les régions moins complexes. L’importance de sécher le matériau puis de l’utiliser dans les 12 heures est notée. Une pièce en L, formant un support de barre de bagage située sous les sièges des passagers, est choisie comme démonstrateur. Elle est conçue selon les cas de chargement spécifiques et fabriquée sous les conditions et avec le matériau élaboré précédemment, en utilisant un moule spécifiquement développé pour ce démonstrateur. Un test mécanique sur mesure permet finalement de comparer l’analyse numérique utilisée au démonstrateur fabriqué. Il est démontré que l’analyse numérique utilisée pour la conception du démonstrateur sous-estime les propriétés mécaniques de la pièce finale qui peut donc être optimisée davantage. L’utilisation de composites ROS dans les applications d’intérieur d’avions est finalement débattue. Les résultats démontrent le potentiel de ce matériau et du moulage par compression pour fabriquer de telles pièces.

Date	24 sept. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martine Dubé (Directeur(-trice)) & Louis Laberge Lebel (Codirecteur(-trice))